Interkalibration von Produktionsraten kosmogener Nuklide am SP-Lavafluss (SPICE-Projekt)

• Antragsteller: Professor Dr. Tibor J. Dunai, seit 8/2016
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244559995

Im Rahmen des beantragten SPICE-Projekts sollen erstmalig an einer Stelle genaue gegeneinander abgeglichene Produktionsraten aller häufig verwendeten kosmogenen Nuklide (He-3, Be-10, C-14, Ne-21, Al-26, and Cl-36) bestimmt werden, und zwar integriert über die letzten 72 ka. Der als SP Flow bezeichnete Lavafluss ist ein Olivin, Pyroxen und Quarz führendes Basaltgestein mit einem Ar-40/Ar-39-Alter von 72 ka. Uns ist weltweit keine andere Stelle bekannt, wo diese Minerale in einem nicht erodierten, genau datierten Lavafluss zusammen vorkommen. Die SP-Lava wurde im ariden Wüstenklima von Nordarizona (USA) so gut erhalten, dass sie keine Anzeichen von Verwitterung oder Bodenbildung zeigt und also kaum oder gar nicht erodiert wurde. Erste Ergebnisse von He-3 und Ne-21 in SP-Lava-Pyroxen sind denn auch im Einklang mit einem Eruptionsalter von 72 ka und ergeben Produktionsraten (mit 7 Prozent Fehlergrenzen), die sehr gut mit denen aus der neusten Literatur übereinstimmen. Die geringen Fehlergrenzen werden durch das genaue Ar-40/Ar-39-Alter ermöglicht. Das SPICE-Projekt wird die Genauigkeit der Produktionsraten von sechs kosmogenen Nukliden verbessern und daher Auswirkungen sowohl auf bisher veröffentlichte als auch auf zukünftige Studien haben, die Erdoberflächenprozesse mittels kosmogener Nuklide untersuchen. Kosmogene Nuklide haben die Quartärgeologie von Grund auf erneuert durch die Möglichkeit, die grossflächige und langfristige (Zeitskala Myr) Landschaftsentwicklung und die Produktion und Bewegung von Sedimenten im Einzugsgebiet von Flüssen zu studieren. Daneben werden kosmogene Nuklide auch weltweit zur Expositionsdatierung von Gletschermoränen, Bergstürzen, Lavaflüssen, und Flusssedimenten benutzt. Geowissenschaftler haben so den globalen Klimawandel studiert (z.B. auf der Nord- und Südhemisphäre) und Zusammenhänge von Klima und Landschaftsentwicklung untersucht. Praktisch jede Übersicht des Paläoklimas im Quartär bezieht sich auf glazialgeologische bzw. -chronologische Untersuchungen, und die meisten davon beruhen wesentlich auf Daten von kosmogenen Nukliden. Expositionsdatierungen leisten einen wichtigen Beitrag zur Klimawandeldebatte und werden in globalen Klimastudien oft mit anderen Datierungsmethoden verglichen. Die meisten Glazialklimatologen möchten expositionsdatierte Moränen über Zeitskalen im 1000-Jahres-Bereich miteinander oder mit unabhängig datierten Klimaereignissen (z.B. C-14, U-Seriendatierung, OSL usw.) korrelieren, ziehen dabei aber oft Schlüsse, die angesichts der gegenwärtigen Genauigkeit von Produktionsraten und Skalierungsmethoden von 10 bis 15 Prozent nicht gerechtfertigt sind. Trotz eindrücklicher Fortschritte bei der Bestimmung von Produktionsraten kosmogener Nuklide und der Verbesserung von Skalierungsmethoden in den letzten 20 Jahren sind immer noch erhebliche Anstrengungen nötig, um deren Fehlergrenzen auf weniger als 5 Prozent zu reduzieren. Das SPICE-Projekt bedeutet einen wichtigen Schritt hin zu diesem Ziel.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Cassandra Fenton, bis 7/2016